Investigation of nitrogen solubility in liquid Fe-V alloys with the use of levitation technique

• Autorzy: Hutny A. , Siwka J.

Warianty tytułu

PL

Badanie rozpuszczalności azotu w ciekłych stopach Fe-V przy użyciu techniki topienia lewitacyjnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A methodology and the results of experimental studies on nitrogen solubility in liquid Fe-V alloys are presented in the article. The investigations were carried out using the levitation metal melting technique. Liquid Fe-V alloys (%V - 1.5; 5.8: 7.8; 12.2) were saturated with nitrogen at the temperature 2173 K. Nitrogen partial pressure was varied within the range of 0.1-2.1MPa. The experiment involved melting down a 1 g-mass sample in an electromagnetic field produced by a levitation coil, filling the reaction chamber with nitrogen up to the required pressure, and heating the sample up to the preset temperature. The sample was held in this condition for 180 s. Then, the power supply of the coil was switched off and a metal drop fell by gravity into a small copper mould in which the metal solidified in the conditions of rapid crystallisation. Nitrogen contents were determined by the method of extraction to a neutral gas using a Leco TC-336 apparatus. High nitrogen concentrations were obtained in metal samples as the result of high nitrogen partial pressures in the gaseous phase within the reaction chamber. In these conditions, all interactions of nitrogen in the alloy examined could be revealed, namely: nitrogen-vanadium, nitrogen-nitrogen, and nitrogen-nitrogen-vanadium interactions. In the case of the liquid Fe-V alloy, a solid phase of vanadium nitride separates from the liquid after exceeding the nitrogen solubility limit. The tests were carried out within such a range of nitrogen concentrations where a given Fe-V alloy was still homogeneous. Investigation results have shown a nonlinear dependence of the activity coefficient, fN, not only on the vanadium content of alloy, but on its nitrogen content as well. Therefore, interaction between nitrogen atoms in liquid Fe-N-V alloys has been documented.

PL

W pracy przedstawiono metodykę oraz wyniki badań eksperymentalnych nad rozpuszczalnością azotu w ciekłych stopach Fe-V. Badania przeprowadzone zostały przy użyciu techniki lewitacyjnego topienia metali. Ciekłe stopy Fe-V (%V - 1.5: 5,8; 7,8; 12,2) nasycano azotem przy temperaturze 2173 K. Ciśnienie cząstkowe azotu zmieniano w zakresie 0,l-2.1MPa. Eksperyment polegał na roztopieniu próbki o masie 1 g w polu elektromagnetycznym wytworzonym przez cewkę lewitacyjną, napełnieniu komory reakcyjnej azotem do wymaganego ciśnienia i nagrzaniu próbki do zadanej temperatury. W takim stanie próbkę wytrzymywano przez 180 s. Następnie wyłączono zasilanie cewki i kropla metalu spadała grawitacyjnie do miedzianej wlewniczki, w której metal krzepł w warunkach szybkiej krystalizacji. Zawartości azotu określane były metodą ekstrakcji do gazu obojętnego przy użyciu aparatu Leco TC-336. W próbkach metalu uzyskiwano wysokie stężenia azotu, na skutek wytwarzania wysokich ciśnień cząstkowych azotu w fazie gazowej przestrzeni reakcyjnej. W takich warunkach mogły być ujawnione wszystkie oddziaływania azotu w badanym stopie a mianowicie: oddziaływania azot-wanad, azot-azot, azot-azot-wanad. W przypadku ciekłego stopu Fe-V, po przekroczeniu granicy rozpuszczalności azotu, wydziela się z cieczy stała faza azotku wanadu. Badania prowadzono w takim zakresie stężeń azotu, przy którym dany stop Fe-V był jeszcze homogeniczny. Wyniki badań wykazały nieliniową zależność współczynnika aktywności fN nie tylko od zawartości wanadu w stopie ale również od zawartości w nim azotu. Zatem udokumentowano oddziaływanie pomiędzy atomami azotu w ciekłych roztworach Fe-N-V.

Słowa kluczowe

EN

levitation technique; solubility; nitrogen; Fe-V

PL

topienie lewitacyjne; rozpuszczalność; azot; Fe-V

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN SA
• Czasopismo: Archives of Metallurgy
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 46, iss. 2
• Strony: 197--206
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Hutny A.

• Katedra Ekstrakcji i Recyrkulacji Metali, Politechnika Częstochowska, 42-200 Częstochowa, Al. Armii Krajowej 19

autor

Siwka J.

• Katedra Ekstrakcji i Recyrkulacji Metali, Politechnika Częstochowska, 42-200 Częstochowa, Al. Armii Krajowej 19

Bibliografia

• [1] E. Schürmann, C. Zellerfeld, W. Kättlitz, Archiv. Eisen. 52 219-224 (1981).
• [2] H. Wada, R.D. Pehlke, Metall. Trans. B 12B 333-339 (1981).
• [3] D.B. Evans, R.D. Pehlke, Trans. Met. Soc. AIME 233 1620-1624 (1965).
• [4] M.R. Rao, N. Parlee, Mem. Sc. Rev. Metall. 1, 52-60 (1961).
• [5] R.D. Pehlke, J. F. Elliot, Trans. Met. Soc AIME 218, 1088-1101 (1960).
• [6] F. Ishii, T. Fuwa, Tetsu-to-hagane 68, 1560-1568 (1982).
• [7] H. Wada, Trans. ISIJ 9, 399-403 (1969).
• [8] Yu. M. Pomarin, G. M. Grigorenko, V.I. Lakomskij, Izv. Akad. Nauk SSSR Metallv 5, 75-79 (1975).
• [9] H. Ohtani, M. Hillert, CALPHAD 15. 25-39 (1991).
• [10] O. Knacke, O. Kubashevski, K. Hesselman, Thermochemical Properties of Inorganic Substances, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg (1991), 2249.
• [11] J. Siwka, Rozpuszczalność azotu w ciekłym żelazie, chromie i innych stopach oraz elementy wytapiania stali wysokoazotowych przy użyciu plazmy. Politechnika Częstochowska (1999), Rozprawa habilitacyjna.
• [12] J. Siwka, Archives of Metallurgy 43, 67-82 (1998).